详细内容

当前位置 > 首页 > 科技前沿

2016年01月01日《科学》杂志精选

作者:      来源:      发布时间:2016-01-08      录入:2012065

 

表观遗传学是如何改变蚂蚁行为的

通过应用会引起蚂蚁表观遗传变化的化合物,研究人员能够改变蚂蚁的行为。表观遗传学是环境因素将基因表达“打开”或“关闭”的过程,而Daniel Simola等人的研究结果展示了它是如何对行为产生持久影响的。蚂蚁群体是具有结构化的工作群体,在该群体中,个体有着专门的职责,这使得它们成为研究表观遗传学的极佳模型。这项研究所关注的是两组佛罗里达弓背蚁(或称佛罗里达木蚁)。次级蚁体型较小,它们往往负责觅食,而主力蚁有着较大的体型,它们所充当的是强壮的战士。先前的证据表明,这两种类型的蚂蚁共有许多相同的基因,但表观遗传学过程造成了它们的分化。尤其是,组蛋白H3(H3K27ac)的化学修饰已知会增加佛罗里达弓背蚁的觅食行为。为了测试H3K27ac的作用,Simola和同事给次级蚁喂食一种化合物,后者能增加H3K27ac的乙酰化;他们注意到这些蚂蚁后来的觅食行为增加。该研究团队接着测试在主力蚁中表观遗传学改变的能力,他们用一种更强力的化合物曲古霉素A(TSA)来增加H3K27ac的乙酰化。

新技术产生了强韧、无瑕的3D打印陶瓷

研究人员研发出了一种用3D打印来制造陶瓷的方法,其产生的是一种破裂倾向性很小的强韧材料,它能被塑成复杂、弯曲且多孔的形状。陶瓷材料有许多吸引人的特质,其中包括高温耐受性、环境耐受性和高强度,但是为陶瓷所研发的少数3D打印技术有着缓慢的生产速度,并会牵涉到增加材料破裂倾向的添加物。必须逐一地添加每一层,然后再接触UV光,而添加物可帮助吸收UV光。Zak Eckel和同事能够通过用硅和氧为基础的多聚物来改善这些先前的过程,因为当这些多聚物在多聚化时能截留UV光,使得添加物无须UV的固化步骤。多聚物一旦被打印出来,该部分已被加热至高温而烧掉了氧原子,留下的是一个高度致密且强韧的SiC产物。在用电子显微镜分析终产物时,研究人员没有发现孔隙或表面破裂。进一步的测试揭示,这些陶瓷材料在发生破裂和收缩前可承受1400摄氏度的温度。

在基因上纠正某种肌肉疾病

理论上,新的基因编辑技术可提供一种治疗遗传性疾病的方法。现在有3组独立的研究人员提出了初步的证据,即通过编辑一个涉及肌肉功能的基因有可能在罹患某种特别类型肌营养不良症的小鼠中恢复某种肌肉功能。尽管围绕着编辑生殖细胞来纠正遗传疾病存在着诸多争议,但这些结果展示了在出生后纠正某些遗传性疾病的潜力。杜兴氏肌营养不良症(DMD)是一种令人衰弱的遗传性疾病,它在男性中的发生率大约为1/3500;它会引起肌肉退化、活动能力丧生及过早死亡。DMD的基因突变最常涉及肌细胞增强因子基因中1或多个外显子的删除,这会引起DNA编码框架“移动”,从而导致肌细胞增强因子的完全丧失;肌细胞增强因子是一个对肌肉功能至关重要的蛋白。为了恢复肌细胞增强因子蛋白的表达,Christopher Nelson等人用CRISPR-Cas9基因编辑系统来删除外显子23,引发基因编码的额外移动,后者使得肌细胞增强因子蛋白被表达出来。在这个例子中,他们用腺病毒相关病毒8(AAV8)将该基因编辑系统输送到小鼠的肌肉细胞内。这种方法导致了接受注射区域内全部肌细胞中大约2%的外显子23的删除,并将肌细胞增强因子蛋白水平恢复至正常水平的约8%(先前的报告提示,少至4%的正常水平就足以在DMD中恢复足够的肌肉功能)。用6周龄小鼠所做的其他测试发现与心脏和肺健康有关的肌肉得到改善,这些肌肉在DMD患者中严重衰弱,并与过早死亡相关。

在第二项研究中,Chengzu Long和同事用腺相关病毒-9(AAV9)(它表现出对肌肉有高亲和性)将CRISPR-Cas9编辑组分输送给同样的DMD小鼠模型。他们首先在生殖细胞修正的设定中优化其基因编辑策略并发现其具有高效能:80%的子代小鼠显示了外显子23的删除,从而促进了肌细胞增强因子蛋白的表达。该团队接着将他们的策略用于更具临床相关性的体细胞基因编辑设定。通过腹腔内注射、肌肉内注射或眼后注射,他们用AAV9将该编辑系统输送给出生几天后的小鼠。

(本栏目文章由美国科学促进会独家提供)

《中国科学报》 (2016-01-05 第2版 国际)